Agus Punl'adi, dkk. ISSN 0216-3128

PENENTUAN PRODUK OZON OPTIMUM P ADA OZONIZERPLASMA

Agus Purwadi, Widdi Usada, Suryadi, Isyuniarto, Sri SukmajayaPuslitbang Teknologi Maju -BATAN Yogyakarta

ABSTRAK

PENENTUAN PRODUK OZON OPTIMUM PADA OZONIZER PLASMA. Telah dilakukan percobaanpenentuan produk ozon optimum pada ozonizer plasma bentuk silindris. Percobaan dilakukan denganmenggunakan alar sumber tegangan tinggi bolak-balik. osiloskop CS-1577A. flow meter dan instrumenspektronik-20 untuk masing-masing sampel larutan penyerap hasil pemvariasian harga parameter fisistegangan /ucutan dan kecepatan alir gas masukan oksigen. Ozonizer plasma terbuat dari bahan tabungstainless steel sebagai tlektroda dan tabung gelas sebagai dielektrik dengan jarak celah lucutan 1.00 mmdan volume tabung lucutan aksial sebesar 7.225 mm3. Hasil percobaan menunjukkan bahwa produkozonoptimum sebesar 0.360 mg/dt diperoleh pada tegangan tinggi bolak-balik lucutan 25.50 kV. frequensi J ,00kHz dan kecepatan alir gas masukan oksigen sebesar 1,00 Ipm.

ABSTRACTDETERMINATION OF THE OPTIMUM OZONE PRUDUCT ON THE PLASMA OZONIZER. Anexperiment of the optimum ozone product determination on the cylindrical plasma ozonizer has been done.The experiment is carried out by using alternating high voltage power supply, oscilloscope CS-15 77 A, flowmeter and spectronik-20 instrument for the absorbance solution sampels Ivhich produced by varying thephysics parameter values of the discharge alternating high voltage and velocity of oxygen gas input. Theplasma ozonizer is made of cylinder stainless steel as the electrode and cylinder glass as the dielectric with1,00 mm of the discharge gap and 7,225 mm3 of the discharge tube volume. The experiment results showsthat the optimum ozone product is 0.360 mgls obtained at the the discharge of alternating high voltage of25,50 kl', the frequency of 1,00 kHz and the rate of oxygen gas input of 1,00 Ipm.

PENDAHULUAN

H ingga sekarang status ke,beradaan ozon sebagaibahan desinfektan masih di peringkat teratas

hila dibandingkan dengan bahan lainnya.Pemanfatan ozon khususnya untuk melindungi airdan udara bersih (sangat dibutuhkan oleh manusia,hewan dan tumbuhan), yakni karena kemampuanozon yang dapat untuk membasmi semuamikroorganisma seperti bakteri, virus dan jamuryang menimbulkan berbagai macam penyakit,diantaranya penyakit kulit, kolera dan tipes.Teknologi ozon juga sangat ramah lingkungankarena ozon sebelum atau setelah bereaksi denganun sur lain akan selalu menghasilkan oksigen (OJ,sehingga juga sering dikatakan ozon merupakankimia hijau dimasa depan. Ozon merupakan gastriatomic allotrope oksigen yang dapat terbentukakibat adanya rekombinasi atom-atom oksigen.Ozon merupakan gas yang hampir tak berwamadengan bau yang khas sehingga dapat terdeteksioleh indera cium sampai dengan konsentrasi 0,01ppm (part per million). Konsentrasi ozon maksi-

mum pacta ruang terbuka adalah sekitar 0,10 ppm,sedang konsentrasi setinggi 1,00 ppm masih dapatdianggap tak berbahaya asal tidak terhirup ke dalamsa luran pemafasan hingga lebih dari 10 menit}'}

Sifat terpenting ozon yang telah ban yakdiketahui orang awam adalah yang sehari-harinyaberkemampuan menyerap radiasi tenaga tinggiberpanjang gelombang antara 220-290 nano-meter(nm) yang merupakan daerah spektrum ultraviolet.Ini merupakan fungsi terpenting ozon di lapisanstratosfer yang dapat berguna sebagai pelindungdari bahaya radiasi ultraviolet matahari bagi segal amakhluk hidup di permukaan bumi. Sifat ozon dialam yang tak stabil mengakibatkan ozon tidakdapat dipaketkan untuk dibawa ke suatu tempat,sehingga ozon harus dibuat di tempat/lokasi yangbersangkutan/m em er 1 ukan.

Salah satu aplikasi dari teknologi plasmakimia adalah pembuatan gas ozon, dimana dalamwaktu yang relatif singkat (1-2 tahun) telahdirealisasikan generator/pem bangk it ozon skalalaboratorium di P3TM-Batan Yogyakarta. Sebagai

Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir.P3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Juni 2002

16

ISSN 0216 -3128Agus Purwadi, dkk.

~

tindak lanjut produksi ozon yang telah

teridentifikasi baik secara kualitatif maupunkuantitatif, maka dalam tulisan ini dilaporkan caradan hasil dari penentuan produk ozon optimumdengan cara pemvariasian parameter fisis teganganlucutan dan kecepatan alir gas masukan oksigen.

TEORI

~--yang diberi beda tegangan tertentu. Jika kemudiansuatu gas dimasukkan ke dalam tabung tersebut dan

dipanaskan dengan cara memperbesar teganganantar lempeng (elektroda), maka elektron (anion)akan dipercepat menuju ke arah anoda sedangkanion positifnya (kation) ke arah katoda sehingga akanterjadi aliran arus listrik. Berkas partikel bermuatantersebut dipercepat oleh medan listrik an tarelektroda sehingga mendapatkan tenaga kinetikuntuk dipindahkan ke partikel lain yang ada dalamtabung lucutan melalui tumbukan yang dapatmemanaskan plasma.

Tabung lucutan berfungsi sebagai komponenyang impedansinya dapat bervariasi menurut ,besartegangan tinggi sumber daya dari luar. Ketikategangan sumber ini masih rendah maka arus yangmengalir juga rendah karena impedansi tabungnilainya masih besar. Kalau tegangan dinaikkanterns perlahan-lahan maka dapat mencapai teganganruntuhan (breakdown), yaitu ketika impedansinya

menjadi sangat kecil daD kondisi peralihan inidisebut kondisi breakdown dari tabung lucutan(3).Setelah kondisi breakdown akan terjadi arus lucutanI yang besamya berubah-ubah menurut beda

tegangan tabung yakni tegangan antar elektroda V(V lebih rendah dan tegangan sumber luar).

Selanjutnya kalau tegangan daD tahanan luardiatur, maka akan didapat karakteristik hubunganan tara tegangan V daD arus I yang dapat dibagidalam 3 (tiga) daerah lucutan penting yakni daerahlucutan gelap, lucutan pijar dan lucutan ark seperti

ditunjukkan pada Gambar I.

.Ozon yang terbentuk dalam tabung lucutan(akibat adanya rekombinasi atom-atom oksigen)adalah relatif tak stabil karena disampingkeberadaan tiga atom oksigen menjadi satu molekulozon yang terlalu berjejal, juga karena adanyahamburan muatan elektronik dari masing-masingantar atom oksigen pads molekul ozon tersebut.Umur paruh ozon sekitar 15 menit di dalam air. dandi udara sekitar 10 jam.<2) Metode lucutan sehyapatau metode lucutan terhalang dielektrik (dielectricbarrier discharge) dapat direalisir dengan meng-alirkan gas udara atau oksigen (OJ pada celah

sempit (celah lucutan) diantara dua elektroda yangpaling sedikit disalah satu permukaan elektrodanyadilapisi dielektrik (bahan isolator) yang terbuat daribahan gelas, sedang sumber tegangan yang diguna-kan adalah sumber tegangan tinggi bolak-balik.Lucutan senyap sendiri merupakan plasma yang takseimbang dalam arti elektron-elektron dalam plasmamempunyai tenaga/temperatur yang jauh lebihtinggi daripada partikel-partikel beret (gas netral).

Pada teori lucutan listrik plasma dapatdibentuk dalam ruang antara dua lempeng elektroda

TtiAniu V

Gambar 1. Hubungan an/ora arus I don /egangan V do/am /abung /ucu/an.

Prosiding Pertemuan dan Presentasilimiah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologl Nukllr

P3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Junl 2002

ISSN 0216 -3128Agus Purwadi, dkk.

antara lapisan dielektrik dengan elektroda akanterjadi lucutan-lucutan mikro dalam jumlah sangatbesar. Lucutan tersebut terdistribusi secara acakserta masing-masing lucutan mikro berlangsunghanya beberapa nano sekon dan mencapai rapat arus100-1000 A/cm2 dalam filamen berbentuk hampirsilinder dengan jejari sekitar I 00 ~m sepertiditunjukkan pacta Gambar 2.

Lucutan mikro ini menyebar ke dalampermukaan dielektrik yang dapat menutup luasandaerah yang lebih lebar. Masing-masing lucutanmikro terdiri dari arus tipis yang terang danmenyebar pacta dielektrik membentuk pola-polamuatan; bentuk lingkaran atau bintang bergantungpad a polaritas. Runtuhan elektrik yang sempumabiasanya berlangsung dalam nano sekon (ns), arustranspot 1-100 ns dan reaksi kim ia dapatberlangsung dari nano sekon sampai sekon. Muatanyang terkumpul pacta dielektrik akan menimbulkanmedan listrik dalam celah yang dapat mendesaklucutan mikro ke arab yang berlawanan, sehinggaakan timbul filamen arus barn yang berasal dari titiklain pacta permukaan dielektrik. Muatan yangtertransfer adalah dalam orde 0,1 -1,0 nC (nanoCoulomb), terns mengalami tekanan sepanjanglintasannya di celah lucutan. Dengan menggunakantambahan tegangan di antara ke dua elektroda makaruntuhan terinduksi, medan di dalam celah melebihimedan tereduksi Paschen. Tegangan Paschenadalah tegangan konstan terkecil yang diperlukanuntuk mengawali runtuhan di dalam celah. Grafiklengkungan Paschen yang merupakan grafikhubungan antara tegangan runtuhan terhadap pd(tekanan p kali jarak d) dapat ditentukan dengancara memvariasi parameter fisis pd seperti yangditunjukkan pada Gambar 3.(5)

--~ --

Terlihat pada Gambar I bahwa pertama. kaliarus yang timbul adalah disebabkan karena adanyaradiasi sinar kosmis (garis AB). Kalau teganganlucutan terus dinaikkan maka mulai di titik C akanterjadi kenaikan arUs. Pada saat tegangan mencapaitegangan breakdown VB di titik D, di dalam tabungmulai terjadi ionisasi berantai sehingga arus akanbertambah cepat dengan hampir tanpa ada

perubahan tegangan (garis DE).

Bila arus bertambah terus, mulailah dalamtabung tampak nyala terang disertai dengan

terjadinya penurunan tegangan pacta elektrodanya,daerah ini disebut lucutan korona atau lucutan pijarsubnormal (garis DF' atau EF). Penambahan arus

selanjutnya tidak mengubah tegangan elektrodanya,dalam keadaan ini nyala tabung menjadi lebihterang dan daerahnya dinamakan lucutan pijarnormal (garis F'G). Kalau kemudian arusbertambah terus maka tegangan akan naik (garisGH) kemudian akan turun kembali (garis HJ) danselanjutnya tegangan akan relatif tetap walaupunarus bertambah (garis JK). Daerah GH dinamakanlucutan pijar tak normal, HJ merupakan peralihanlucutan pijar ke ark dan JK adalah lucutari ark

termal.

Pada daerah lucutan pijar EFGH, tegangansumber listriknya berada dalam orde ribuan Volt,sedang tegangan elektrodanya hanya dalam orderatusan Volt. Pad a daerah lucutan gelap terjadilucutan korona (OF') dengan besar arus orde (10.' -

10.5) Ampere (A), lucutan pijar (F'H) (10.5 -1) Adan lucutan ark dengan arus lebih besar dari 1 A.(4)

Pad a tabung ozonizer plasma kalau dibebanitegangan bolak-balik dari luar dalam orde ribuanVolt maka pada celah lucutan yakni pada daerah

Gambar 2. Filamen arus lucutan mikro bentuk silinder dalam plasma

-Prosldlng Pertemuan dan Presentasilimiah Penelitlan Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir

P3TM-BATAN Yogyakarta. 27 Junl 2002

18

ISSN 0216-3128 Agus Purwadi, dkk.

Gambar 3. <;Jraflk lengkungan Paschen.

frekuensi juga bisa berpengaruh terhadap produkozon. Sedang parameter fisis lain yang diperkirakanakan meningkatkan produk ozon adalah jumlahpartikel gas masukan (oksigen) yang akan diubahmenjadi gas ozon, yang dalam hal ini dapatditingkatkan jumlah oksigen tersebut dengan caramerubah besar kecepatan alir gas masukan. Semuahipotesa tersebut menjadikan alasan mengapapenelitian pemvariasian parameter tegangan dankecepatan alir gas masukan tersebut dilakukandalam percobaan.

Kembali kepada filamen arus teraktivasitersebut di atas, dianggap telah mencapai kondisihampir stabil (quasi stationary) mendekati phaseperalihan lucutan pijar (Iucutan korona) denganrapat arus beberapa kA/cm2, kerapatan elektronantara 1014-1015 cm-3 serta medan listrik mendekatiharga kritis dimana kejadian proses ionisasi hampirsarna dengan proses tangkapan elektron. Besamyadiameter filamen arus dan jangka waktu lucutanmikro yang terjadi bergantung pada jenis gas yangdigunakan dan besar tekanannya. Keseluruhan arusmengalir dalam filamen dan terjadi penukarantenaga antara elektron yang dipercepat dengan atomclan atau molekul dalam lucutan mikro. Elektrondan ion yang bertenaga pada lucutan mikro akanmenumbuk partikel atom, molekul, radikal bebasdan partikel kimia lainnya sehingga akan terjadipembentukan partikel baru sebagai hasil dariberbagai proses seperti ionisasi, eksitasi, hamburallelastis dan tak elastis, dissosiasi, rekombinasi,pertukaran muatan dan juga reaksi kimia. Dengallgas isian oksigen (OJ pada tabung ozonizer plasmamaka pembentukan ozon (OJ di dalam lucutallmikro adalah akan melalui proses 2 langkah yangdimulai dengan disosiasi molekul (02) oleh eleklrOIl

sebagai berikut :

Yang merupakan salah satu parameter fisispenting dalam lucutan senyap adalah medantereduksi Eln (medan listrik E dibagi dengankerapatan gas netral n) karena harga ini dapatmenentukan distribusi tenaga elektron dan tenagaelektron rerata dalam plasma sehingga apakahplasma akan berada dalam kesetimbangan atau tidaksangat bergantung pada besaran fisis ini.(6) Dalamfisika lucutan, parameter medan susut E/n punyasatuan Townsend (T d) dimana 1 T d = 10-17 V cm2.

Parameter ini dapat ditentukan secara empiris, yaknidengan menentukan kerapatan gas normal n padategangan lucut V dan jarak antar elektroda d,mengingat Eln adalah identik dengan rind. Hanyapada harga Eln sangat rendah « 1 Td) tenagaelektron hampir sarna (mendekati) dengan tenagakinetik partikel-partikel berat (gas netral), sehinggadimungkinkan sekali akan terjadi keseimbanganplasma. Plasma dalam keseimbangan ini biasa

disebut plasma panas, sedang plasma dingin a~alahsebutan untuk plasma tak seimbang. lstilah plasmapanas dan dingin ini tentunya hanya berlaku untukionisasi derajat rendah yang berarti jumlahkerapatan total partikel-partikel bermuatan dalamplasma adalah jauh lebih kecil dari pada kerapatantotal partikel-partikel netral.

Dengan memperbesar penyedia daya pelan-pelan maka lucutan mulai terjadi ketika medanruntuhan Paschen dicapai dan selanjutnya prosesmengembang dalam keadaan filamen arusteraktivasi. Kalau tegangan Paschen V dibagidengan nd, medan tereduksi Paschen Eln dapatdiperoleh karena diketahui E = rid. Terlihat bahwa

tegangan V sangat berpengaruh terhadap medantereduksi Eln yang otomatis juga berpengaruhterhadap produk ozon yang terbentuk dalammasing-masing lucutan mikro. Ada pendapat bahwa

ISSN 0216-3128Agus Purwadi, dkk. 19

(1)O2 + e -7 20 + e

Selanjutnya terjadi reaksi 3 (tiga) partikel :

O+O2+M -7 °3+M (2)

Dimana M adalah bisa partikel 0, O2 tau 0] yangmerupakan pasangan tumbukan ke tiga.Berlangsungnya reaksi di atas adalah sangat cepat,untuk jangka waktu pembentukan atom 0 adalah t I= 2 ns (nano second) dan besaran ini telah terukur

yakni dalam bentuk pulsa, selebar pulsa arus akibatadanya besaran fisis medan tereduksi E/n.(7) Dalamlucutan mikro proses-proses yang terpenting adalahterjadinya ionisasi dan tangkapan yang dalam hal inisangat bergantung pad a karakter gas (kecepatan alir,kerapatan) dan medan tereduksi (tegangan lucutan)yang dinyatakan dalam persamaan sebagai berikut :

01?p/8t = 8(P. -P2

dan regulator gas oksigen yang digunakan untukmengukur besar tekanan gas dari tangki reservoirgas oksigen dan mengatur aliran oksigen,flowmeter dan kran untuk mengontrol aliran gasoksigen dan mematikan aliran gas, tabung Elemeyersebagai wadah larutan kimia, timbangan analitik dantabung gelas ukur untuk mengukur massa bahan-bahan kimia dan mengukur volume cairan yangdibutuhkan sewaktu pembuatan larutan penyerap,tabung gelas pelindung sampel dari radiasi sinarultraviolet (berwama hitam atau cokelat), osiloskopsebagai penampil tinggi pulsa tegangan dan aruslucut, transformer tegangan tinggi bolak-balik ordekV untuk melucut elektroda dan Spektronik-20untuk menganalisa larutan penyerap yangterkontaminasi ozon.

Pelaksanaan percobaan produksi ozon dapatdilakukan dengan menggunakan skema rangkaian

peralatan percobaan seperti yang ditunjukkan padaGambar 4.

Tata kerja dalam percobaan yang dilakukanmeliputi persiapan, pembentukan gas ozon dalamtabung ozonizer dan pengukuran produk ozonoptimum dengan pemvariasian besar tegangan lucutdaD kecepatan alir gas masukan oksigen. Persiapanmeliputi penyediaan bahan-bahan kimia yang akandigunakan sebagai larutan penyerap sertapengesetan rangkaian alat percobaan. Pembentukangas ozon dilakukan dengan mengalirkan gas oksigenbertekanan 0,34 atmosfir ke celah lucutan dengankecepatan tertentu. Selanjutnya electrode ozonizerplasma dilucut menggunakan tegangan tinggi bolak-balik orde kilo-Volt sedemikian hingga terjadilucutan mikro pada celah di antara dielektrik danelektrode.

(3)= [O(P.-P2)/o(E/n)][o(E/n)/ot

dimana PI dan Pz masing-masing adalah koefisienkecepatan ionisasi dan tangkapan yang sangatbergantung pada harga medan tereduksi E/n.Terlihat pada persamaan (3) ruas kanan bahwa padabagian pertama mensifati keadaan gas dan bagiankedua adalah pulsa medan lucutan.

Untuk lama pembentukan ozon adalah sekitarT2 = 3 ~s (mikro second) yang pada awalnyamempunyai distribusi geometri sarna dengankonsentrasi atom 0 yakni dalam volume lucutanmikro dengan radius mendekati R = 100 ~m (mikro

meter). Ozon terse but selanjutnya mendifusi kevolume latar dengan kostanta waktu difusi sebesart) = 1,6 ms (milli second).

Pada penentuan produk ozon digunakanmetode absorbsi. Digunakan metode absorsimengingat disamping ozon mempunyai sifatmenyerap terhadap sinar ultraviolet, ozon juga dapatmemisahkan yodium dari larutan potassium yodida.Atas dasar kedua sifat inilah maka jumlah produksikeluaran gas ozon dari pembangkit ozon dapatditentukan.(9) Sebelum penentuan produk ozondilakukan terlebih dahulu pembuatan grafik standarlodium (IJ dari larutan penyerap pada berbagaikonsentrasi larutan sehingga diperoleh gambargrafik hubungan antara besar konsentrasi 12 standarterhadap absorbansinya. Larutan penyerapmerupakan campuran larutan standar 12 dengan

larutan pewama. Larutan standar 12 dibuat sebanyak500 ml dengan mencampurkan bahan 16 gr KI +3,173 gr 12 + air ultra mumi, sedang untuk larutanpewama dibuat sebanyak 2 liter denganmencampurkan bahan 27,22 gr KH2PO4 + 28,4 grNa2HPO4 + 20 gr KI + air ultra mumi.

TATAKERJADANP~RCOBAANBahan-bahan yang digunakan dalam per-

cobaan penentuan prod uk ozon optimum pad a

ozonizer plasma meliputi larutan penyerap sebagaiobyek yang dikontaminasi oleh keluaran gas .ozondari tabung ozonizer plasma. Larutan penyerapmerupakan campuran antara larutan standar lodiumdengan larutan pewama; bahan-bahan kimia yangdigunakan untuk larutan standar lodium sendiriterdiri dari Kalium lodida, lodium dan air ultra

mumi. sedang untuk larutan pewama menggunakanbahan Kalium dihidrogen phospat, Oinatriumhidrophospat. Kalium lodida dan air ultra mumi.

Untuk peralatan yang digunakan meliputi plasmaozonizer merupakan tempat terjadinya prosesozonisasi dari bahan gas alir oksigen. manometer

Prosldlng Pertemuan dan Presentasilimiah Penelltlan Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologl Nuklir

P3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Junl 2002

10 ISSN 0216 -3128 Agus Purwadi, dkk.

~-' "l

y

10

6. Generator RF7. Osiloskop8. Tanki oksigen9. Tabung larutan penyerap

10. Spektronik -20

Keterangan gambar :

I. Kran aliran gas

2. Tabung plasma ozonizer

3. Elektrode positip

4. Elektrode negatip5. Sumber tegangan bolak-balik utama

Gambar 4. Skema rangkaian peralatan percobaan pengukuran produk ozon.

Sam pel yang telah terkontaminasi ozonselama dalam waktu tertentu, selanjutnya dianalisadengan bantuan alat spektron!k-20 untuk ditentukankonsentrasinya (mole/liter) menggunakan metodeabsorbsi. Pada percobaan ini digunakan sinarultraviolet yang berpanjang gelombang 352 nm darilampu cadmium (Cd) yang dipasang pada alatspektronik-20 untuk menyinari sampel (Iarutanpenyerap) yang telah terkontaminasi gas oronoKalau harga absorbsi (serapan) sample telahdiketahui maka dengan menggunakan metodeabsorbsi yakni dengan cara memplot pada grafikproduk 12 standar akhimya konsentrasi ozon yangdiproduksi dapat ditentukan.(8)

yang semula berwama jemih menjadi kuning wama12 yakni setelah dikontaminasi dengan keluaran gasoksigen yang telah dilewatkan tabung lucutallsenyap. Dengan telah terbentuknya ozon makasebelum penentuan konsentrasi ozon, ditentukallterlebih dahulu grafik produk 12 standar yangmerupakan hubungan antara konsentrasi 12 terhadap

harga absorbansinya (diketahui harga slope/kemiringannya) dengan cara memvariasi konsentrasilarutan penyerap pacta konsentrasi larutan 12 sebesar10, 20, 30 dan 40 ~mole/50 ml (mikro mole permililiter) dengan hasil seperti ditunjukkan pactaGambar 5.

Penentuan konsentrasi gas ozon yangdiproduksi dilakukan dengan cara keluaran gas OZOIldari ozonizer dikontaminasikan pacta larutallpenyerap (50 ml) selama jangka waktu tetap. sedangmasing-masing harga tegangan lucutan dallkecepatan aliran gas masukan oksigen divariasi.Hasil absorbansi sampel yang diperoleh ~ripemvariasian harga tegangan lucutan pad a (18,:&0;22,10; 24,00; 25,50 dan 27,40) kilo Volt (k V)adalah seperti ditunjukkan pacta Gambar 6.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Terbemuknya ozon dari ozonizer plasmatelah dibuktikan dengan terdeteksinya bau khas (gasozon) yang keluar dari lubang keluaran tabunglucutan. Secara visual juga telah tampak denganadanya perubahan wama dari larutan kalium yodida

Prosldlng Pertemuan dan Presentasilimiah Penelitlan Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologl Nuklil.P3TM.BATAN Yogyakarta. 27 Juni 2002

ISSN 0216-3128Agus Purwadi, dkk.

Unear Regreasion wth

95.00% Mean Prediction Intervel

KonsentrasJ (Inole/50 ml)

Gambar 5. Grafik hubungan antara absorbansi terhadap kon.\'entrasi 12 standar.

/ UlIMr R~rK,lon wtttI;5.00% MMn Pr.diclion Int_t/

Gambar 6. Grafik hubungan an/ora absorbansi /erhadap /egangan /uculan.

dengan diketahuinya harga absorbansi pactaberbagai harga konsentrasi larutan yodium standar(Gambar 5), selanjutnya konsentrasi ozon daTi hasilvariasi tegangan lucutan dan kecepatan alir oksigen

(Gambar 6 dan 7) dapat dihitungiditentukan.

Dari hasil variasi terhadap tegangan lucutandiperoleh harga konsentrasi ozon seperti di-tunjukkan pacta Tabel I, sedang untuk variasikecepatan alir oksigen harga konsentrasi ozon yangdiperoleh adalah seperti ditunjukkan pad a Tabel 2.

Hasil absorbansi sampel yang diperoleh daripemvariasian harga kecepatan aliran oksigen pad a(0,25; 0,50; 0,75; 1,00; 1,50 dan 2,00) \iter per

menit (Ipm) adalah seperti ditunjukkan padaGambar 7.

Mengingat 1 mole ozon dapat membebaskan

1 mole yodium dari larutan ka\ium-yodida (Iarutanpenyerap yang digunakan) maka absorbansi 1 molelarutan yodium adalah identik dengan 1 mole ozonyang diserap. Atas dasar reaksi kimia tersebut maka

-Proslding Pertemuan dan Presentasilimiah Penelltian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologl Nuklir

P3TM-BATAN Yogyakarta. 27 Junl 2002

22 .ISSN 0216 -3128 Agus Purwadi, dkk.

/ UfI..r Rtg,.siOn with~.~ Meln Prtdi~on Int8Iv8I/,~~

""1- !f ==c::::~ ~ ~ ~~~~ .0. ~ + d..t I

0.--,

..c--e0.,g~

-.,.r

I.a-;

tk

Gambar 7. Grafik hubungan antara absorbansi terhadap kecepatan a/iran oksigen

Tabell. Konsentrasi produk ozon dari hasil variasi harga tegangan lucutan

Tegangan (kV) Frequensi (kHz) Absorbansi Konsentrasi (~mole/50 mt)

18.80 0,57 0,48 32

22,10 0,67 0,62 42

24,00 0,80 0,70 48

25,50 1,00

1,30

0,72 50

0,67 4627,40

Tabel2. Konsentrasi produk ozon dari hasil variasi harga kecepatan alir °2.

Absorbansi Konsentrasi (Ilmole/50 ml)Kecepatan stir 0% (tpm}

0,30 190,'}.5

0,68

0,84

470,50

590,75

6Q1,00 0,86

601,50 0,86

0,86 602,00

frequensi diperoleh hargayang sarna dengan untukrnasing-rnasing harga tegangan lucutan yakni pad afrequensi (0,57; 0,67; 0,80; 1,00 dan 1,30) kHzsarna-sarna diperoleh harga absorbansi sebesar 0.48;0,62; 0,70; 0,72 dan 0,67 seperti ditunjukkan padaGarnbar 8.

Variasi terhadap besaran tegangan lucutantemyata juga identik dengan pemvariasian terhadapfrequensi karena dari hasil percobaan ditunjukkanbahwa hasil penentuan absorbansi larutan pactaharga frequensi yang bersesuaian dengan hargalegangan lucutan, untuk masing-masing harga

Prosiding Pertemuan dan Presentasilimiah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologi NuklirP3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Junl 2002

.Kec.al1ran gas okslgen (Ipm)

to. ,.

! ! ,,!,

.j

~

ISSN 0216 -3128 23Agus Purwadi, dkk.

//

UM8t R~r8Ssion ~QSOO% Me8n Prediction 1m-I

Q.Q"';

0-., /"

~n

r-- I ::;;.':o.~

~ oo.,?1

%~"I

.J10.- o.~ I.~ .1 '

Frekuen$1 (kHz) I

Gambar 8. Grafik hubungan antara absorbansi terhadap frequensi tegangan /ucutan.

/'

);..

1.20)

sebagai 1 ~mole/l = 0,982 ~g. Akhirnya produksiozon optimum sebesar 55 ~mole/50 mt yangdiperoleh selama 3 detik pacta kondisi ketigaparameter fisis di atas dapat dinyatakan dalamsatuan lain yakni sebesar 360 ~g/dt atau 0,360 mg/dt

(mili gram/detik).

KESIMPULAN

Sehingga dalam hal ini sebenamya tidak

perlu dilakukan percobaan terhadap pemvariasianharga frequensi lagi bila telah dilakukan pem-variasian terhadap tegangan lucutan. Dilakukannyacek silang antara percobaan pemvariasian frequensiterhadap tegangan lucutan ini mengingat adanyapendapat bahwa parameter fisis yang mempenga-ruhi hasil konsentrasi ozon optimum adalahtegangan lucutan (medan), tekanan (kecepatan alirgas), konstanta dielektrik, jarak celah lucutan danfrequensi lucutan.(9) .

Dari hasil variasi terhadap tegangan lucutandan frequensi yang dilakukan pada kecepatan aliroksigen tetap sebesar 1,00 lpm selama 3 <Jetik

(volume oksigen efektif 0,05 liter) temyatakonsentrasi ozon optimum diperoleh sebesar 50!lmole/50 ml terjadi pada tegangan lucutan 25,50kV dan frequensi 1,00 kHz seperti ditunjukkan padaTabel 1. Sedang pada variasi kecepatan aliranoksigen pada tegangan dan frequensi yang sarna diatas (tetap) temyata konsentrasi ozon yang diperolehpada harga kecepatan alir sebesar 1,00 lpm dan

selebihnya telah mengalami kejenuhan (ajeg)sebesar 60 !lmole/50 ml seperti ditunjukkan padaTabel 2. Hasil percobaan secara komulatif dapatdisimpulkan bahwa produk ozon optimum sebesar

sekitar 55 !lmole/50 ml diperoleh pada parameterfisis tegangan lucutan 25,50 kV, frequensi 1,00 kHzdan kecepatan alir oksigen sebesar 1.00 Ipm.Dengan mengingat bahwa berat 1 !lmole ozonadalah 24 ~lgram (!lg) molekul dalam volume molar24,45 liter pada suhu kamar dan tekanan Iatmosfir<'U), maka hubungan I<esetaraan jumlah ozondalam satuan !lmole/l dengan !lg dapat ditulis

Dari hasil percobaan yang telah dilakukandapat disimpulkan bahwa:

1. Hasil produk ozon optimum sebesar 0,360 mg/dtterjadi pacta parameter fisis tegangan lucutan25,50 kV, frequensi 1,00 kHz dan kecepatan aliroksigen sebesar 1.00 lpm.

2. Perolehan prod uk ozon optimum juga dapatdilakukan dengan cara pemvariasian jenis bahanelektroda dan dielektrik yang digunakan sertadengan merubah bentuk geometri tabung lucutanseperti besaran luasan elektroda dan jarak celahlucutan antara dielektrik dengan elektroda.

3. Pada percobaan penentuan prod uk ozonoptimum kalau pemvariasian tegangan lucutan

telah dilakukan maka sebaiknya pemvariasianterhadap parameter frequensi tidak perludilakukan atau sebaliknya, karena telah ditunjuk-kan (dalam percobaan) adanya hubungan yanglinearitas antara parameter tegangan dan

frequensi.

UCAP AN TERIMA KASIH

~Prosldlng Pertemuan dan Presentasl IImlah Penelltian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologl Nukllr

P3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Junl 2002

ISSN 0216-312824 Agus Purwadi, dkk.

---

Penulis mengucapkan banyak terima kasihkepada star teknisi di Bidang Tekno Fisikokimiadan Bidang Teknologi Proses atas bantuantenaganya sejak pembuatan sampellarutan penyerapsampai analisa sampel basil percobaan serta kepadaBagpro. Litbang Teknologi Pengolahan Radioaktifdan Senyawa B3 T A. 2001 atas bantuan dananyasehingga penelitian ini bisa diselesaikan.

9. F. BASTEIN et al., The Determination of BasicQuantities During Glow to Transition in APositive Point to Plane Discharge, JournalPhysics D : Application Physics, 12 (1979) : pg249-263.

10. SOOK YEN W., Construction and Studies qf /1Plasma Ozonizer, Ph. D. Thesis, Department ofPhysics, University of Malaya, Malaysia 1996.

DAFTARPUSTAKA---

TANYAJAWAB1. CCOHS, A Service From The Canadian CenterFor Occupational Health & Safety, BasicInformation On Ozone, February 19, 1999.

2. MATSUDA S. et al., Production of Ozone bySurface and Glow Discharge at CryogenicTemperature, IEEE Trans. Ind. Appl., 24, 928,1988.

R. Oktova-Apa prospek selanjutnya daTi kegiatan yang telah

dilakukan?

Agus Purwadi-Mengingat akan manfaat ozon yang serba /ebih

yakni dapat digunakan sebagai bahan penggantich/orin (desinfektan) yang dikena/ sebagai bahanpembersih air (ada dampak iritasi pada ku/it atausa/uran makanan), maka /angkah se/anjutnyaada/ah segera mungkin mensosia/isasikanap/ikasi tekn%gi ozon kepada masyarakat /uas.

Simping Yuliatun

-Analisa kuantitatif 0) yang diproduksi metodeapa yang digunakan. Pada frekuensi 1,30 kHz

produksi 0) turun, kenapa?

Agus Purwadi

-Metode yang digunakan adalah metode serapandengan menggunakan alai analisa spektronik-20yakni atas dasar reaksi kimia 2KI + H2O + 0) ~

12 + 2KOH + O2, Oari percobaan begitu hasilnya,namun data akhir yang diperlukan adalah dariharga rata-rata banyak data.

3. E. MARODE, The Mechanism of the SparkBreakdown in Air a Atmospheric PressureBetween A Positive and A Plane, JournalApplied Physics, 46(1975) ; pg 2005-2020.

4. FRANCIS, G., The Glow Discharge At LowTemperature in S. Flugge, Hand Buch derPhysics. Vol. XII, Springer, Gottingen, 1964.

5. WONG, C.S., Laser and Plasma Technology,Proceedings Of First Tropical Colle-ge On

Applied Physics, p.245-251, Physics Depart-ment, Univ. Of Malaya (1983).

6. ULRICH KOGELSCHA TZ, Industrial OzoneProduction, ABB Corporate Research Ltd,Baden, Switzerland, 1999.

7. B. ELIASSON et al., Ozone Synthesis FromO.-cygen In Dielectric Barrier Discharge, BrownBoveri Research Center, CH-5405 Baden,Switzerland, J, Phys D. : Applied Phys20(1987) 1421-1437,3 Nov. 1986.

8. AGUS PUR WADI, dkk., Pembentukan danPengukuran Produk Ozon Pada OzonizerPlasma, Prosiding PPI Litdas Iptek NuklirP3TM-Batan Yogyakarta, 7-8 Agustus 2001.

Prosiding Pertemuan dan Presentasl IImlah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologi NuklirP3TM-BATAN Yogyakarta. 27 Junl 2002